DE2823801A1 - DEVICE FOR DISTRIBUTING GAS IN THE FORM OF FINE BUBBLES IN A LIQUID - Google Patents
DEVICE FOR DISTRIBUTING GAS IN THE FORM OF FINE BUBBLES IN A LIQUIDInfo
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Description
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MAKOTO NAITO Tokio (Japan)MAKOTO NAITO Tokyo (Japan)
Vorrichtung zum Verteilen von Gas in Form Ton feinen Gasflaschen in einer FlüssigkeitDevice for distributing gas in the form of clay fine gas cylinders in a liquid
Zum Verteilen von Gas in ibrm von feinen Gasbläschen in einer Flüssigkeit sind beispielsweise Luftpumpen bekannt, wie sie in der Fischzucht verwendet v/erden, oder auch motorisch angetriebene Verdichter. Keine dieser bekannten Vorrichtungen ist jedoch befriedigend, weil sie mit niedrigem 'Wirkungsgrad arbeiten und mit sehr großen Abmessungen ausgeführt werden müssen.For distributing gas in ibrm of fine gas bubbles in a liquid, for example, air pumps are known, as used in fish farming, or motor-driven compressors. None of these known However, apparatus is satisfactory because it is low in efficiency and very large in size must be carried out.
Angesichts der Nachteile der bekannten Vorrichtungen hat der Erfinder zum Mischen von Gas und Flüssigkeit bereits eine Vorrichtung vorgeschlagen, die sich durch einfachen Aufbau und hohen Y/irkungsgrad auszeichnet. Der Erfinder hat nun aber erkannt, dass auch diese Vorrichtung noch verbessert werden kann.In view of the disadvantages of the known devices for mixing gas and liquid, the inventor has already proposed a device which is characterized by a simple structure and high efficiency. The inventor has now recognized, however, that this device can still be improved.
Diese ältere Vorrichtung ist in der Fig. 1 schematised, dargestellt« Am unteren Ende einer geraden Hohlwelle P sind zwei ebene Scheiben D1, D2 angebracht, deren einander gegenüberliegenden Flächen in ihrer ganzer Ausdehnung einen engen Spalt G von im wesentlichen einheitlicher BreiteThis older device is shown schematically in FIG. 1. At the lower end of a straight hollow shaft P, two flat disks D 1 , D 2 are attached, the opposite surfaces of which form a narrow gap G of essentially uniform width over their entire extent
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begrenzen, der in der Mitte mit dem Hohlraum der Welle P in Verbindung steht. Auf einer Fläche einer der Scheiben sind im Radialabstand von ihrem Mittelpunkt mehrere radiale Stege S in gleichen Abstanden voneinander angeordnet, deren Breite radial auswärts abnimmt. Es ist ferner eine mit der Hohlwelle P koaxiale Scheibe D2 vorgesehen, die auf den Stegen S sitzt und mit diesen und der darunterliegenden Scheibe Do um den Umfang verteilte Düsenöffnungen O bildet, die mit einer Flüssigkeitseintrittsöffnung I in der Mitte der Scheibe D, in Verbindung stehen.limit, which is in the middle with the cavity of the shaft P in communication. On a surface of one of the disks, a plurality of radial webs S are arranged at the same distance from one another at a radial distance from their center, the width of which decreases radially outward. There is also provided a washer D 2 coaxial with the hollow shaft P, which sits on the webs S and with these and the underlying disc Do form nozzle openings O distributed around the circumference, which are connected to a liquid inlet opening I in the center of the disk D. stand.
Wenn man die Scheiben D-, bis D^ in eine Flüssigkeit taucht und die mit der Gasphase verbundene Hohlwelle P mit einem Motor usw. mit hoher Drehzahl antreibt, so dassIf you put the slices D-, up D ^ in a liquid immersed and drives the hollow shaft P connected to the gas phase with a motor etc. at high speed, so that
die Scheiben T)1 bis D^ rotieren, wird auf die in dem ilaum 1 5the disks T) 1 to D ^ rotate, is on the in the space 1 5
zwischen den Scheiben D-, und Do befindliche Flüssigkeit eine starke Kraft ausgeübt, die bewirkt, dass sie die Flüssigkeit zum Umfang der Scheiben D-, und D~ hinbewegt. Ferner wird Flüssigkeit veranlaßt, sich von der Eintrittsöffnung I der Scheibe D^ mit hoher Geschwindigkeit zu den am Umfang vorgesehenen Düsenöffnungen O zu bewegen. Infolge der hohen Drehzahl aller Scheiben wird am ganzen Außenumfang des Spalts G ein starker Unterdruck erzeugt, der bewirkt, dass das Gas in die Flüssigkeit und dadurch mit ihr vermisdt wird.between the disks D- and Do a liquid strong force exerted causing it to move the liquid toward the periphery of disks D-, and D-. Further liquid is caused to move from the inlet opening I of the disc D ^ at high speed to the circumferential provided nozzle openings O to move. As a result of the high speed of all the disks, the entire outer circumference of the gap G creates a strong negative pressure, which causes the gas to enter the liquid and thereby with it she is missing.
In der älteren Vorrichtung sind nun die Scheiben D-, bis D, zu einem einzigen Scheibenkörper vereinigt, der sehr genau ausgewuchtet sein muß. Da die Scheiben durch die Stege S und die Velie P untrennbar miteinander verbunden sind, ist die Herstellung eines gut ausgewuchteten Scheibenkörpers sehr schwierig. In großen Stückzahlen kann ein Scheibenkörper mit dieser speziellen Ausbildung nur mit beträchtlichen Produktionskosten hergestellt werden.In the older device, the disks D-, to D, combined into a single disk body which must be very precisely balanced. Since the slices through the The webs S and the Velie P are inextricably linked, is the production of a well-balanced disc body very difficult. With this special design, a disc body can only be used in large numbers considerable production costs.
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Da der Scheibenkörper als Ganzes in der Flüssigkeit rotiert, ist zwischen dieser und dem Scheibenkörper eine große Berührungsfläche und daher auch ein hoher Drehwiderstand vorhanden. Insbesondere hat der die Düsenöffnungen begrenzende Teil am Außenumfang der Scheibe D3. eine solche Querschnittsform, dass sich der Strömungsquerschnitt der ausströmenden Flüssigkeit radial auswärts erweitert. Da auch dieser Teil mit dem Scheibenkörper rotiert, bewirkt er eine zusätzliche Belastung der Antriebseinrichtung.Since the disc body rotates as a whole in the liquid, there is a large contact surface between it and the disc body and therefore a high resistance to rotation. In particular, the part delimiting the nozzle openings has D 3 on the outer circumference of the disk. such a cross-sectional shape that the flow cross-section of the outflowing liquid expands radially outward. Since this part also rotates with the disk body, it causes an additional load on the drive device.
Angesichts dieser Schwierigkeiten besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Vorrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie ohne Schwierigkeiten hergestellt werden kann, und die mit hoher Gasansäugleistung arbeiten und das angesaugte Gas in kleine Bläschen zerlegen und diese der Flüssigkeit beimischen kann.In view of these difficulties, the object of the invention is to provide a device that so is designed so that it can be manufactured without difficulty and with high gas suction performance work and break the sucked in gas into small bubbles and mix them with the liquid.
Zur Lösung dieser Aufgabe besitzt die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Welle, die an ihrem oberen Ende mit einer Antriebseinrichtung zum Drehen der Welle verbindbar ist, eine drehbare, ebene Scheibe von geeignetem Durchmesser, die in der Mitte dieser Scheibe an dem unteren Ende der Welle befestigt ist, mehrere Stege, die in gleichen Abständen voneinander auf der unteren Fläche der drehbaren Scheibe radial angeordnet sind und deren Breite radial auswärts abnimmt, eine ilachkegelige, ortsfeste Scheibe, die über der drehbaren Scheibe mit abwärtsgekehrter Hohlkegelfläche auf dem unteren Endteil der Hohlwelle frei beweglich gelagert ist und die so groß ist, dass sie die drehbare Scheibe abdeckt, wobei die untere Fläche der ortsfesten Scheibe und die obere Fläche der drehbaren Scheibe einen sich radial auswärts verjüngenden Spalt begrenzen, eowie eine zweite ortsfeste Scheibe, die in der Mitte einen Durchlaß besitstTo achieve this object the device according to the invention has a shaft which is connectable at its upper end to a drive means for rotating the W e lle, a rotatable flat disk of suitable diameter, in the center of this disc at the lower end Shaft is attached, several webs which are arranged radially at equal distances from one another on the lower surface of the rotatable disc and whose width decreases radially outward, a ilachkegelige, stationary disc, which is free over the rotatable disc with downwardly facing hollow conical surface on the lower end part of the hollow shaft is movably mounted and which is so large that it covers the rotatable disk, the lower surface of the stationary disk and the upper surface of the rotatable disk delimit a radially outwardly tapering gap, and a second stationary disk, which has a passage in the middle own
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und eine der Form der Stege im wesentlichen angepaßte, kegelige Form hat -und in geringem Abstand unterhalt) der Stege, jedoch ohne diese direkt zu berühren, angeordnet und mit der erstgenannten ortsfesten Scheibe verbunden ist„and has a conical shape that is essentially adapted to the shape of the webs -and is maintained at a small distance) of the webs, but without touching them directly, arranged and with the first-mentioned stationary disc connected is"
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigtAn embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings. In these shows
. 1 im Axialschnitt eine ältere Vorrichtung. 1 shows an older device in axial section
Fig. 2 ebenfalls im Axialschnitt eine üusführungsform der Erfindung undFig. 2, also in axial section, an embodiment of the invention and
Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Draufsicht, teilweise geschnitten.3 shows the device according to FIG. 1 in plan view, partially in section.
Die Welle 1 kann an ihrem oberen Ende mit einer Antriebseinrichtung, beispielsweise einem nicht gezeigten Motor, zum Antrieb der V/elle verbunden werden. Eine drehbare ebene Scheibe 2 von geeignetem Durchmesser ist in der Mitte der Scheibe am unteren Eide der Welle 1 befestigt. Aif der unteren Fläche der drehbaren Scheibe 2 sind in gleichen Abständen voneinander radiale Stege 3 angeordnet, und zwar in der vorliegenden Ausführungsform acht Stege 3· Die Breite jedes Steges 3 nimmt in seinem radial einwärts angeordßten Teil 3a radial einwärts und in seinem radial auswärts angeordu&en Teil radial auswärts ab. Es ist eine Hülse 4 vorgesehen, die so bemessen ist, dass sie auf der Welle 1 mit einem genügenden Spalt 4a zwischen ihnen frei beweglich gelagert werden kann. Am unteren Ende der Hülse 4- ist eine ortsfeste Scheibe 5 befestigt, deren untere Fläche flach hohlkegelig ist und die an ihrem Umfang mit einem ebenen Flansch 5a versehen ist. Die ortsfesteThe shaft 1 can at its upper end with a drive device, for example a motor (not shown) to drive the V / elle. A revolving plane Disc 2 of suitable diameter is attached to the lower end of shaft 1 in the center of the disc. Aif the lower surface of the rotatable disc 2 are arranged at equal distances from each other radial webs 3, and although in the present embodiment eight webs 3 · The width of each web 3 increases in its radially inwardly arranged part 3a radially inward and in its radially outwardly located part radially outward. It is one Sleeve 4 is provided, which is dimensioned so that it is on the shaft 1 with a sufficient gap 4a between them can be stored freely movable. At the lower end of the sleeve 4- a stationary disc 5 is attached, the lower Surface is flat hollow cone and which is provided on its circumference with a flat flange 5a. The fixed one
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Scheite 5 ist insgesamt im Durchmesser größer als die drehbare Scheibe 2.Log 5 is overall larger in diameter than that rotating disc 2.
Zur frei beweglichen Lagerung der Hülse 4 auf der Welle 1 dient ein Lager 4b, das auch als ein Abstandhalter dient, der bewirkt, dass zwischen der unteren Fläche der an der Hülse 4 befestigten, ortsfesten Scheibe 5 und der oberen Fläche der drehbaren Scheibe 2 ein Spalt 6 aufrechterhalten wird, der sich zu dem Umfang der Scheiben hin verjüngt und dort einen Teil 6a eines Düsenspalts bildet. Die Hülse 4 ist mit einer Gaseintrittsöffnung 4c ausgebildet. Eine zweite ortsfeste Scheibe 7 hat im wesentlichen dieselbe flachkegelige Form wie die erste ortsfeste Scheibe 5· Die obere Fläche der zwsiten ortsfesten Scheibe ist den unteren Rändern der Stege 3 angepaßt. Die zweite ortsfeste Scheibe 5 besitzt in der Mitte eine Flüssigkeitseintritt söffnung 7t> und ist an ihrem Umfang mit einem ebenen Flansch 7a versehen. Die obere Fläche der ortsfesten Scheibe 7 ist den Stegen 3 nahe benachbart, ohne diese jedoch zu berühren. Der Flansch 7a d-er ortsfesten Scheibe 7 ist an dem Flansch 5a der ortsfesten Scheibe 5 mit Schrauben 5 oder dergleichen befestigt.For freely movable mounting of the sleeve 4 on the shaft 1 serves a bearing 4b, which also serves as a spacer, the effect that between the lower surface of the fixed to the sleeve 4, fixed disc 5 and the upper Surface of the rotatable disk 2 a gap 6 is maintained, which tapers towards the periphery of the disks and there forms part 6a of a nozzle gap. The sleeve 4 is designed with a gas inlet opening 4c. A second stationary disk 7 has essentially the same flat conical shape like the first stationary disk 5 The upper surface of the second stationary disk is adapted to the lower edges of the webs 3. The second fixed one Disk 5 has a liquid inlet opening 7t> in the middle and is provided with a flat flange 7a on its periphery. The upper surface of the stationary Disk 7 is closely adjacent to the webs 3, but without touching them. The flange 7a d-he is stationary Disk 7 is on the flange 5a of the stationary disk 5 fastened with screws 5 or the like.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden von der drehbaren Scheibe 2, den Stegen 3 und der ortsfesten Scheibe 7 Strömungskanäle W begrenzt, die an ihrem äußeren Ende in einem Teil 7c eines Düsenspalts münden, aus dem bei einer Drehung der drehbaren Scheibe 2 die bei Tb eingetretene Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit austritt.In the embodiment described above, the rotatable disc 2, the webs 3 and Fixed disk 7 limited flow channels W, which at their outer end in a part 7c of a nozzle gap open out, from which, upon rotation of the rotatable disk 2, the liquid entered at Tb at high speed exit.
Nachstehend sei nun die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung erläutert.The following is the operation of that described above Embodiment of the invention explained.
Die Scheiben 5 bis 7 werden so in eine Flüssigkeit ge-The disks 5 to 7 are so immersed in a liquid
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taucht, dass sich die Gaseintrittsöffnung 4c der Hülse 4 in der Gasphase "befindet. Bei einem Drehen der Welle 1 und der drehbaren Scheibe 2 wird nun auf die Flüssigkeit in dem Spalt zwischen den Scheiten 2 und 7> d.h. in den Strömungskanälen W, eine starke Kraft ausgeübt, die bewirkt, dass die ELüssigkeit aus dem Teil 7c cLes Düsenspalts mit hoher Geschwindigkeit austritt. Gleichzeitig wird durch die !Flüssigkeitseintrittsöffnung 7b Flüssigkeit in die Strömungskanäle W gesaugt und wird aus dem Spalt 6 Flüssigkeit in den Teil 6a des Düsenspalts gesaugt und in diesem Düsenspalt mit der Flüssigkeit aus den Strömungskanälen W -vermischt. that the gas inlet opening 4c of the sleeve 4 is in the gas phase ″. When the shaft 1 rotates and the rotatable disk 2 is now on the liquid in the gap between the logs 2 and 7> i.e. in the flow channels W, a strong force is exerted which causes that the liquid from part 7c cLes the nozzle gap with exits at high speed. At the same time, liquid is introduced into the liquid inlet opening 7b Flow channels W sucked and liquid is sucked from the gap 6 into the part 6a of the nozzle gap and in mixed with the liquid from the flow channels W in this nozzle gap.
Solange sich die drehbare Scheibe 2 dreht, fließt Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch die Eimtrittsöffnung 7b und die Strömungskanäle W in den Teil 7c des Düsenspalts. Da der am äußeren Ende der Strömungkanäle W vorgesehene, von den Flanschen 5a und. 7& der oberen und unteren ortsfesten Scheibe 5, 7 begrenzte DüsenBpalt sich radial auswärts erweitert, wird die kinetische Eneegie der Flüssigkeit in dem Teil 7c des Düsenspalts in Druckenergie umgewandelt, so dass im Bereich des Teils 7c des Düsenspalts ein Unterdruck erzeugt wird..Dieser Unterdruck bewirkt, dass Gas durch die Gaseintritteöffnung 4c, die Hülse 4 und den Spalt 6 in den Teil 6a des Düsenspalts gesaugt und unter der Einwirkung der Scherkraft, die von der aus den Strömungskanälen W austretenden Flüssigkeit ausgeübt wird, in sehr feine Bläschen zerlegt und mit der Flüssigkeit vermischt wird.As long as the rotatable disc 2 is rotating, liquid flows at high speed through the entry opening 7b and the flow channels W in the part 7c of the nozzle gap. Since the provided at the outer end of the flow channels W, of the flanges 5a and. 7 & the upper and lower fixed disc 5, 7 limited nozzle gap radially expanded outward, the kinetic energy of the liquid in the part 7c of the nozzle gap becomes pressure energy converted so that in the region of the part 7c of the nozzle gap a negative pressure is generated .. This negative pressure causes gas through the gas inlet opening 4c, the Sleeve 4 and the gap 6 sucked into the part 6a of the nozzle gap and under the action of the shear force generated by the liquid exiting from the flow channels W is broken down into very fine bubbles and with the liquid is mixed.
In derIn the
/in der vorstehend beschriebaen Weise arbeitenden Vorrichtung gemäß der Erfindung iat die drehbare Scheibe 2 oben und unten von den ortsfesten Scheiben 5 und 7 abgedeckt, so dass der rotierende Teil der Vorrichtung von der/ device operating in the manner described above According to the invention, the rotatable disk 2 is covered at the top and bottom by the stationary disks 5 and 7, so that the rotating part of the device from the
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Flüssigkeit in einer kleineren Fläche berührt wira als in der älteren Vorrichtung. Ferner ist in der älteren Vorrichtung der sich erweiternde Düsenspalt von dem drehbaren Teil der Vorrichtung begrenzt, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dagegen von den Flanschen 5a, 7a. am Umfang der ortsfesten Scheiben 5 und 7· Daher genügt zum Erzeugen einer gegebenen Gasansaugleistung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine geringere Antriebsleistung. Das heißt, man kann mit der erfindun^sgemäßen Vorrichtung bei gegebener Größe eine größere Gasansaugleistung erzielen als mit der älteren Vorrichtung.Liquid is touched in a smaller area than in the older device. Further, in the older device, the widening nozzle gap is different from the rotatable one Part of the device is limited, but in the device according to the invention by the flanges 5a, 7a. at the extent of the stationary disks 5 and 7 · Therefore, it is sufficient to generate a given gas suction power in the inventive Device a lower drive power. That is to say, with the device according to the invention, one can with a given Size achieve a greater gas suction power than with the older device.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Flüssigkeitseintrittsöffnung 7b an der Unterseite der Scheibenanordnung vorgesehen. Dadurch wird verhindert, dass aus dem Teil 6a des Düsenspalts ausgetretene und in der Flüssigkeit aufschwimmende Gasblasen erneut durch die Flüssigkeitseintrittsöffnung Yb angesaugt werden. Infolgedessen ist die angesaugte Flüssigkeit gasärmer und kann auch dadurch die Gasansaugleistung verbessert werden.In the device according to the invention, the liquid inlet opening 7b is provided on the underside of the disk arrangement. This prevents gas bubbles which have emerged from part 6a of the nozzle gap and float in the liquid from being sucked in again through the liquid inlet opening Yb. As a result, the liquid sucked in has less gas and the gas suction performance can also be improved as a result.
Da <3Le Strömungskanäle W von der mit den Stegen 3 versehenen, drehbaren Scheibe 2 und der ortsfesten Scheibe 7» d.h., von voneinander trennbaren Teilen, begrenzt sind, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung leichter hergestellt, ausgewuchtet, kontrolliert und instandgehalten werden als die ältere Vorrichtung,, in der die Scheiben 2 und 7 miteinander einstückig sind.Since <3Le flow channels W from the one provided with the webs 3, rotatable disk 2 and the stationary disk 7 »i.e., from separable parts, are limited, the device according to the invention can be manufactured more easily, balanced, are controlled and maintained than the older device, in which the disks 2 and 7 together are in one piece.
Aus den vorstehend angegebenen Gründen kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit großem Vorteil zum Beimischen von Gas in ibrm von feinen Gasbläschen zu einer Flüssigkeit verwendet werden.For the reasons given above, the device according to the invention can be used to great advantage for admixing Gas can be used in ibrm from fine gas bubbles to a liquid.
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